Физиология растений — наука о жизнедеятельности растительного организма: о процессах, происходящих в нем, и их закономерностях. Она изучает отдельные функции растения (фотосинтез, водообмен, дыхание растений, питание растений, рост растений, размножение растений и др.), устанавливает значение каждой из них для организма в целом, их внутренние связи и зависимость от внешних условий.
Основной метод исследования, используемый физиологами, — экспериментальный, т. е. они изучают процессы жизнедеятельности путем постановки специальных опытов. Физиологи широко используют вегетационный метод исследований — опыты с растениями, выращиваемыми в специальных сооружениях, искусственной обстановке.
Это могут быть легкие вегетационные домики, защищающие растения от дождя и ветра; лаборатории искусственного климата, где контролируется температура, освещенность, условия корневого питания; и, наконец, достижение последних десятилетий — фитотроны, в которых строго регулируются все факторы внешней среды — температура, интенсивность и спектральный состав света, газовый состав и влажность воздуха, корнеобитаемая среда.
Работая в контролируемых условиях, экспериментатор может получить выровненный растительный материал для изучения того, как происходит тот или иной процесс, как он регулируется, каковы потенциальные возможности растения, чем они обеспечиваются, и других вопросов, проливающих свет на тайны жизнедеятельности растительного организма. Данные вегетационного опыта должны проверяться в естественной обстановке — в поле. Поэтому физиологи пользуются еще и полевым методом.
Однако каким бы обширным экспериментальным материалом мы ни обладали, нельзя понять сущность того или иного процесса, его внутреннюю организацию, не обратившись к истории развития этого процесса, к эволюции. К. А. Тимирязев горячо и последовательно боролся за введение в физиологию эволюционного подхода, использование основных положений и законов диалектики. Поэтому физиологи широко применяют в своих исследованиях и исторический метод.
Физиология растений опирается на достижения биохимии, биофизики, цитологии и агрономических наук. Она имеет большое значение для сельскохозяйственного производства. Цель физиологии состоит в том, чтобы, познав закономерности процессов жизнедеятельности растительных организмов, выявить способы управления ими, подобрать оптимальные условия выращивания высокопродуктивных растений с хорошим качеством урожая. Поэтому, по словам К. А. Тимирязева, физиология растений является основой рационального земледелия.